Биомимикрия - это процесс моделирования объектов, материалов и систем, основываясь на биологических системах и происходящих в них процессах. Мы уже рассказывали вам о технологиях, которые имитируют особенности животных. Вот еще десять примеров того, как природа помогла нам в создании передовых технологий.
10. Шкура акулы и воздушные путешествия
Неудивительно, что акулы стали предметом многих ужасных рассказов: это одни из самых эффективных хищников, существующих в природе. Кожа этих охотников идеально приспособлена для воды, что позволяет им развивать максимальную скорость. Поверхность акульей шкуры состоит из крошечных «зубов», которые называют кожными зубчиками. Эти кожные зубчики (они же плакоидная чешуя) образуют небольшие желобки, по которым стекает вода, что снижает сопротивление.
Идеальное строение акульей шкуры стало источником вдохновения для многих изобретателей. Одна блестящая заявка исходит от трех ученых из Общества Фраунгофера (Fraunhofer Society), немецкой исследовательской организации. После детального изучения акульей шкуры, они разработали специальную краску. После того, как ее наносят на специальный трафарет, а затем покрывают поверхность самолета, краска формирует структуру акульей шкуры и уменьшает сопротивление. Исследователи утверждают, что, если такую краску нанести на каждый самолет на планете, то это сэкономит до 4,48 миллиона тонн топлива в год.
9. Рыбьи косяки и ветряные фермы
Довольно увлекательно наблюдать, как синхронно рыбы плавают в море. Они, кажется, не отстают друг от друга, невзирая ни на что, даже на внезапные развороты. Одна из теорий такого поведения заключается в том, что рыба в косяке может дрейфовать, пользуясь потоками, исходящими от других рыб. По сути, косяк является энергосберегающим методом передвижения.
Команда Калифорнийского технологического института (Caltech) во главе с профессором Джоном Дабири (John Dabiri) разработала вертикальные ветровые турбины, которые работают аналогичным образом. Если сгруппировать их вместе, они становятся более эффективными за счет использования воздушного тока, генерируемого соседними турбинами. Результатом стал блок ветряных мельниц, который повышает эффективность обычных ветряных мельниц. Эти выводы были подтверждены аналогичными исследованиями, проведенными Стэнфордским университетом (Stanford University), Университетом Джона Хопкинса (Johns Hopkins University) и Делавэрским университетом (University of Delaware).
8. Горбатые киты и лопасти турбин
Природа дала нам еще больше возможности эффективно использовать энергию ветра, свидетельством чему стал горбатый кит. Как он, так и ветряные турбины выигрывают, благодаря снижению сопротивления их поверхности. Нежный великан достигает этого благодаря бугоркам вдоль плавников, называемых туберкулами. Туберкулы позволяют киту плыть с минимальным сопротивлением, что важно при поиске пищи.
Это конструкция, конечно, прекрасно подходит для ветряных мельниц. Профессор Фрэнк Фиш (Frank Fish) из Уэст-Честерский университет (West Chester University) вместе с командой работал над дизайном лопасти турбины с бугорками. Полученная конструкция была такой эффективной, что позволяла использовать ветряные мельницы даже в районах с низкой скоростью ветра. Фиш является президентом канадского предприятия Whalepower, которая занимается разработкой усовершенствованных турбин и вентиляторов, согласно выводам, сделанных его командой.
7. Гекконы и мощная липучка
Признайтесь, хоть раз в жизни вы немного завидовали гекконам, которые могут легко лазать по стенам. Тайна таких способностей ящериц озадачивала наблюдателей на протяжении тысячелетий. Она была окончательно раскрыта в 2002 году, когда на лапах гекконов исследователи обнаружили миллионы крошечных волосков – щетинок. Щетинки помогают создавать слабую, электростатическую силу, называемую Вандерваальсовой силой.
Хотя было предложено много вариантов использования этого изобретения природы, успешным стал, в частности, один - продукт под названием Geckskin. Трое предприимчивых выпускников из Массачусетского университета в Амхерсте (University of Massachusetts Amherst) создали этот многоразовый «супер-прилипатель», воодушевившись строением ног гекконов. Липкий материал может удерживать на ровной стене вес до 317 килограммов. С момента своего дебюта Geckskin получил одобрение организаций и новостных агентств, включая CNN, Bloomberg и The Guardian (последний назвал его «липучкой для слонов»).
6. Летучие мыши и умные трости
Летучие мыши известны своей ночной доблестью, которой они обязаны своей уникальной способности различать предметы в темноте с помощью эхолокации. Они издают звуки высокой частоты, которые затем отражаются от объектов, с которыми мышь может столкнуться во время полета.
Исследовательская группа из Индийского технологического института в Дели (Indian Institute of Technology) в Индии, взяла пример с летучих мышей, и использовала эту способность, чтобы усовершенствовать обычную трость, используемую слепыми людьми. Благодаря своим исследованиям они создали умную трость. Прибор испускает сигнал, подобный тому, который издают летучие мыши, чтобы обнаружить потенциально опасные предметы. Устройство крепится к стандартной белой трости. Когда звуковые волны возвращаются к устройству, оно вибрирует, чтобы сообщить пользователю, что на его пути находится объект.
Хотя подобные технологии уже существуют, например, широко известная трость Ultracane, разработчики трости SmartCane хотели создать не просто полезный, но и всем доступный продукт. SmartCane продается по цене около $ 50, по сравнению с $ 1,000 за Ultracane.
5. Жуки и сбор воды
Фото: Hans Hillewaert/CC BY-SA 4.0
Инженерные решения для эффективного сбора воды были одной из самых больших проблем современной эпохи. Вода такой ценный ресурс, что трудно поверить, что любое существо может просто извлекать ее из воздуха. Однако, жук Stenocara gracilipes может делать именно так.
Этот жук обитает в прибрежной пустыне Намиб на юго-западе Африки, одном из самых жарких и неприветливых мест на Земле. Когда ветер сносит с океана туман, капли воды собираются вокруг ряда «стеклянных» выпуклостей на спине жука. Затем капли стекают по небольшим каналам ко рту жука. Этот процесс имеет решающее значение для выживания насекомого, так как туман долетает в пустыню примерно шесть раз в месяц.
Исследователи неоднократно пытались воспроизвести эту полезную особенность. Во-первых, в 2001 году ученые Министерства обороны Великобритании (British Ministry of Defense) провели исследования по созданию палаток и черепицы, которые могут собирать воду в засушливых районах. Компания под названием NBD Nano также была вдохновлена особенностями жука. Ее основали четверо выпускников со степенью в области биологии, органической химии и машиностроения, а целью компании является создание самонаполняющейся водой фляги, основываясь на строении панциря жука. По состоянию на 2012 год они сделали прототип, чтобы с ним выйти на рынок.
4. Морские губки и солнечные батареи
Фото: Ed Bierman
На первый взгляд, оранжевая губка не очень похожа на солнечную батарею. Как еще ее можно использовать, кроме как аксессуар для душа? Оказывается, эти простые беспозвоночные обладают особой способностью извлекать кремний из морской воды и использовать его для создания своих губчатых тел. Этот процесс потенциально можно использовать для создания более дешевых, экологически чистых солнечных панелей.
Обычно производители создают солнечные панели, нанося химические вещества на инертную поверхность, чтобы получить тонкий кристаллический слой. Этот слой играет роль полупроводника, который под влиянием солнечного света производит электрический ток. Этот процесс, требующий высокой температуры и низкого давления, является энергоемким и поэтому дорогостоящим.
Исследователь Дэниел Морс (Daniel Morse) и его команда из Калифорнийского университета (University of California) в Санта-Барбаре придумали способ имитировать способность оранжевой губки производить кремний без использования высоких температур и низкого давления. Губка делает это благодаря ферменту под названием силикатеин, который помогает преобразовать кремниевую кислоту в морской воде в кремниевые шипы.
Заменив морскую воду жидким нитратом цинка, а селикатеин аммиаком, команда смогла воспроизвести процесс, выполняемый морской губкой, и использовать его для создания солнечных батарей. Эта технология нуждается в дальнейшем развитии, но является перспективным способом сделать солнечную энергию более доступной для всех.
3. Древесные осы и космические сверла
Фото: xpda
У инструментов, созданных для использования в космическом пространстве, как правило, одинаковые недостатки: они громоздкие, медленно работают и поглощают большое количество энергии. Космическая дрель не исключение. Что еще более проблематично, движения, производимые сверлами на Земле, способно заставить их уплыть от вас в окружении, где нет силы тяжести.
Рассмотрим большую древесную осу. Известные также как осы Рогохвосты, самки этого вида могут похвастаться яйцекладом - заостренной трубкой, используемой для откладывания яиц, которая находится в задней части их тела. С ее помощью оса откладывает яйца, когда находит подходящее дерево, погружая яйцеклад в ствол и транспортируя по нему яйца. Весь процесс не наносит ей вреда, что впечатляет, учитывая, что это маленькое насекомое вставляет часть своего тела в твердую древесину.
В 2006 году группа из четырех ученых из Университета Бата (University of Bath) из Соединенного Королевства опубликовала документ, в котором предлагалось создать космическую дрель по образцу яйцеклада самок древесной осы. Это сверло было бы достаточно мощным, чтобы просверлить прочную породу, если использовать такую же конструкцию как яйцеклад. Джулиан Винсент (Julian Vincent), профессор-бионик, входящий в команду, заявил, что самая сложная часть проекта - заставить космические агентства принять новую конструкцию. Он говорит, что космические инженеры обычно не любят использовать новые технологии, если старые все еще работают.
2. Бабочки и антибликовые экраны
Фото: Engadget
Бабочки служат отличным вдохновением для технологии визуализации, поэтому неудивительно, что секрет устранения бликов с экрана мобильного телефона также может исходить от этих прекрасных существ. В 2015 году немецкие исследователи из Технологического института Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology) сделали удивительное открытие: присутствующие на крыльях стеклянной бабочки нерегулярно сформированные наноскопические структуры устраняют большинство отраженного света. Их выводы были опубликованы в журнале Nature Communications.
Исследования, направленные на возможность применения этой технологии к экранам мобильных устройств, еще продолжаются. В случае успеха, вы можете попрощаться с бликами, мешавшими вам видеть изображение на экране вашего телефона во время пребывания на улице.
1. Термиты и экологически чистые здания
Одно удивительное изобретение природы, обнаруживаемое по всей территории Африки - могучий термитник. Построенные полностью из земли, эти сооружения могут достигать удивительной высоты и быть домом для огромных колоний термитов. Более того, они используют очень эффективный метод для регулирования температуры и вентиляции. Во-первых, такие холмики обычно строятся с ориентацией Север-Юг. Это позволяет термитнику собирать тепло в своем основании, когда солнце низко, и избегать слишком большого теплового воздействия в самую жаркую часть дня. Термиты открывают и закрывают серию отверстий внутри термитника для того, чтобы отрегулировать поток теплого воздуха, который поднимается вверх через основание термитника. Круто, правда?
Инженеры всего мира обратили внимание на конструкторские способности термитов, и адаптировали их для использования человеком. Центр Eastgate в Хараре, Зимбабве, крупнейший торгово-офисный комплекс в стране, был построен с использованием принципов «зеленой архитектуры», вдохновленных термитами. Это здание не имеет обычных систем отопления или охлаждения, но использует пассивную систему, состоящую из вентиляторов и вентиляционных отверстий для регулирования температуры круглый год. Центр был спроектирован местным архитектором Миком Пирсом (Mick Pierce), который также спроектировал аналогичное здание в Мельбурне, Австралия.
